基于多运行场景与富氧燃烧捕集技术的低碳能源系统容量优化配置

针对光热(concentrating solar power, CSP)电站利用率低、风电场弃风率高以及传统燃气机组碳排放水平较高且受“以热定电”的运行限制等问题，引入富氧燃烧捕集技术对传统机组进行改造，配置含热回收的CSP电站实现热电解耦，耦合高温固体氧化物电解池等能量转化设备，构建了电-热-氢低碳能源系统及其容量优化配置方法。首先，考虑到风电出力和光照强度的不确定性以及与电负荷之间的时序相关性，建立了基于两阶段时空聚类的多运行场景提取模型。其次，在基于概率的多运行场景基础上，通过条件风险价值(conditional value at risk, CVaR)理论度量因不确定性带来的风险，以总成本最小为目标，构建低碳能源系统容量优化配置模型。最后，通过算例进行仿真验证，结果表明该系统满足负荷需求情况下，可降低年碳排放量和弃风率，提高CSP电站利用率，并为不同风险偏好的决策者面对系统容量优化配置问题时提供了定量依据。     

风电系统容量的优化配置探讨

通过仿真软件和遗传算法2种途径,对风电系统容量的优化配置进行了研究,旨在分析风电容量占电网总容量的最佳比例。研究确定了适于Matlab优化工具箱(Optimization Toolbox)的目标函数和约束条件。将遗传算法理论应用于风电穿越功率的研究,建立了基于遗传算法的优化数学模型,构造了带有惩罚项的适值函数,设计了优化计算流程。以布尔津风电-水电网络为具体的研究对象,采用2种方法对风电系统临界稳定的容量进行优化配置的计算仿真。利用Matlab优化工具箱对布尔津风电-水电网络的优化结果为:当风电总容量占电网总容量13.9%时,系统失稳,结果与该电网实际投运风电容量13.9%时仍稳定运行的情况不符。利用遗传算法对该电网风电容量的优化结果为:15.2%是该电网风电穿越功率的上限。     

考虑消纳风电的区域综合能源系统电转气与储能设备优化配置

电转气（PtG）技术与多类型储能设备相结合,可以大量增加可再生能源的就地消纳,减小系统弃风。针对区域内集成有电、气、热、冷多种能源的综合能源系统,首先对系统进行建模,具体介绍了电转气技术与多类型储能设备的工作原理。其次,以综合能源系统总年费用最低为目标,建立电转气与多类型储能设备的联合优化配置模型,并采用Big-M方法将模型线性化进行有效求解。最后,基于不同季节典型日负荷及风电预测曲线开展算例仿真,结果表明电转气与多类型储能设备的联合优化配置有利于最大化风电消纳,提高系统整体经济性。     

基于场景法和寿命损耗的储能优化配置

风电出力的时间特性是制约风电消纳的重要因素之一。文中以提高风电利用率为主要目的,利用电池储能消纳系统弃风,并分析储能在运行过程中的带来的诸多效益,如风电并网效益,环保效益等。依据风速时序特性生成大量场景并结合基于KD距离的场景削减技术,综合考虑各效益项及储能成本,获得具有普适性的综合收益,并以此为目标构建模型,优化储能的容量配置。文中提出互斥技术优化储能的运行策略,通过引入0-1辅助变量,计及运行过程中储能的充放电功率和越限功率的相互关联特性,将表征储能运行策略的分段函数线性化,从而显著的缩小系统的计算时间。并通过算例验证所提方法的有效性。     

200 MW富氧燃煤电厂制粉系统及磨煤机参数研究

针对空气-富氧燃烧兼容运行的大型富氧燃煤电厂制粉系统参数选择和磨煤机选型等问题,开展了研究和分析。采用设计计算和理论分析相结合的方式,研究了高CO2气氛对磨煤机及制粉系统参数的影响,获得了典型煤种在200 MW机组空气-富氧兼容条件下磨煤机出口温度、煤粉细度、通风量和煤粉管道流速等参数。综合考虑堵粉、腐蚀和防爆等情况,一次风氧分压控制在18%,烟气冷凝器出口含水率限制在5%以下,富氧干循环方案磨煤机出口温度控制在77~80 ℃为宜,湿循环方案磨煤机出口温度在95~100 ℃为宜。通过磨煤机及制粉系统选型参数比较分析,提出了相关防磨、防漏、防腐措施。研究结果实现了空气-富氧燃烧兼容运行下制粉系统和磨煤机关键参数的匹配。     

风电制氢混合储能系统容量优化配置研究

风电制氢能同时有效解决弃风和制取绿氢问题,制氢混合储能系统容量配置会影响风-氢系统的经济运行。针对该问题构建了风-氢能源系统,在此基础上首先利用具有噪声的基于密度的聚类算法和有序聚类算法对采集的1.5 MW风机出力和电负荷数据进行分类,并将分类结果归算为6个典型日。然后以系统投资成本、运行成本和维护保养成本最小为目标函数,利用粒子群算法对系统各储能单元进行容量优化配置。最后分析当系统氢气不足时,不同购氢渠道对各储能设备容量配置结果影响及日均氢气负荷变化对容量配置结果的影响。     

面向风光综合消纳的电力系统广域储能容量优化配置研究

针对含大规模风光接入的电力系统中广域储能优化配置问题,提出采用K-means聚类方法,对风电出力、光伏出力与负荷间的时序数据进行典型日场景集抽取;以年弃风成本、弃光成本与储能等效年投资成本3者之和最小为优化目标,建立面向风光综合消纳的广域储能优化配置混合整数线性规划模型,并采用智能优化算法进行求解,实现储能投资最小化和风光消纳最大化的综合最优。以宁夏电网实际运行数据为例,验证了所提模型的合理性与有效性。     

风电-碳捕集电厂联合运行的电力系统优化调度

碳捕集电厂的灵活运行方式使得其净出力的快速可调成为可能,利用碳捕集电厂灵活运行方式,将风电和碳捕集电厂联合调度,平抑风电的波动性,减小风电波动对系统造成的影响。通过引入火电机组成本、碳交易成本和风-碳捕集电厂联合出力波动最小的目标函数,兼顾系统的经济、低碳、安全效益。通过多目标粒子群算法求解模型,并用混沌搜索减小碳捕集电厂总出力对平抑风电波动的影响,通过改变权系数转换矩阵参数实现调度的灵活可调。算例分析验证所提模型的可行性和有效性。     

考虑风电协议外送的调峰型电采暖虚拟电厂优化配置方法

针对风电外送型区域电网调峰需求,提出考虑风电协议外送的调峰型虚拟电厂电采暖优化配置方法。首先,分析风电协议外送型电网系统结构及互动消纳机理。针对蓄热式电采暖用能特性,量化推导蓄热式电采暖可调节特性,建立蓄热式电采暖需求响应模型。然后,联合火电机组与VPP协同调峰策略,建立以区域电网协议风电外送经济性最优为目标的虚拟电厂电采暖容量优化配置模型。选取黑龙江某区域电网进行了算例分析,结果表明所提方法正确有效。     

考虑风电不确定性的混合储能容量优化配置及运行策略研究

在考虑风电功率不确定性的基础上,提出一种基于频谱分析确定混合储能系统(HESS)容量的方法,该方法充分利用了超级电容器和蓄电池的优势互补特性,基于此提出储能最优运行策略。利用离散傅里叶变换分解风电不平衡功率得到其频域信息,并利用HESS对不平衡功率进行平抑;提出一种最优截止频率确定方法,并确定HESS中蓄电池和超级电容器的容量大小;基于所确定容量建立以利润最大为目标的机会约束规划储能运行策略模型,并采用整合蒙特卡罗的遗传算法进行求解,从而确定储能的最优运行策略。通过实际数据分析验证了所提模型和方法的有效性。     

基于小波包分解的风电混合储能容量配置方法

提出了一种基于小波包分解的风电混合储能容量配置方法。该方法对风电输出功率进行小波包分解,将其分解为低频部分和高频部分,采用低频部分作为并网目标功率,根据蓄电池和超级电容器的互补特性,分别用其平抑次高频部分和最高频部分。通过高斯逼近法拟合波动功率的概率密度函数,进而得出混合储能系统的容量。在Matlab/Simulink平台上搭建混合储能系统仿真模型。通过风电并网点输出功率的平滑程度以及混合储能系统荷电状态波动范围的分析,验证了该容量配置的有效性。     

考虑风电功率与需求响应不确定性的备用容量配置

将风电建模为多状态发电机组,以风电停运率考虑风电功率预测误差的不确定性,在基于消费者心理学的可中断负荷响应模型的基础上,综合评估含有风电、可中断负荷不确定性的系统可靠性指标。建立了日前备用协调优化模型,优化模型以满足一定供电可靠性为前提,同时优化可中断负荷备用和发电机备用容量,在24个时段的范围内研究计及风电不确定性下可中断负荷作为备用资源的积极效果。算例结果表明,引入风电后,系统对可中断负荷的需求有所增加,可中断负荷作为一种灵活的调控手段,在应对风电不确定性、降低系统运行成本上有积极意义。     

含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算

由于风电场出力的实际值通常在预测值附近随机波动,所以在潮流计算时还应考虑风电场出力的随机性。针对风电场通过VSC-HVDC并网的情形,为了使电网既能安全运行,又能实现经济调度,提出了一种基于场景分析的最优潮流计算模型。模型以火电机组的总成本最小为目标函数,并考虑火电机组在预测场景和误差场景有功出力的调节范围约束,采用内点法进行求解。算例结果表明,引入误差场景后,虽然火电机组的总成本增加了,但是风电场出力的随机性对火电机组快速调节出力能力的要求得到了满足,从而保障了电网的安全运行。     

计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system, ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge, SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。     

基于梯级水电和高载能负荷功率变化主动响应能力的风光容量优化配置

为有效解决高比例风光消纳问题,提出一种基于梯级水电与高载能负荷功率变化主动响应能力的风光容量优化配置方法。设计高载能负荷配合梯级水电平抑风光出力波动的协调框架;通过刻画基于水头变化的不同时刻间梯级水电的功率调节规律以及基于生产过程的冶炼类高载能负荷功率调节特性,构建考虑系统调节能力约束的风光容量最优配置模型,以风光电站投资建设成本、水火电站运行成本、高载能负荷调度成本以及弃风弃光惩罚成本最低为目标确定风光装机容量。湖南某地区仿真结果表明,所提方法能够更好地应对净负荷功率波动,增加风光并网容量。